1. No category

372
373
Yleistä WLAN:sta
• 2.4 tai 5 GHz:n taajuudella toimiva langaton verkko, joka
käyttää tukiasemia (AP, Access Point) toiminnassaan.
• Tarkoitettu korvaamaan perinteiset langalliset lähiverkot
tai täydentämään niitä.
• Mitä hyötyä langattomuudesta sitten on?
PLUSSAT:
– Lisää joustavuutta laitteiden sijoittelun suhteen.
– Lisää käyttömukavuutta.
MIINUKSET:
– Hitaampi datasiirtonopeus.
– Altis häiriöille => Vaatii tarkkaa suunnittelua
(sijaintipaikan kartoitus) laajan verkon tapauksessa =>
Kalliimpi.
WLAN
374
375
WLAN (IEEE 802.11)
• Nykyiset viralliset WLAN-standardit ovat:
– IEEE 802.11 (perinteinen WLAN): 2.4 GHz:n taajuuskaista ja
teoreettiset maksiminopeudet 2 Mb/s asti.
– IEEE 802.11a: 5 GHz:n taajuuskaista ja teoreettiset
maksiminopeudet 54 Mb/s asti.
– IEEE 802.11b: 2.4 GHz:n taajuuskaista ja teoreettiset
maksiminopeudet 11 Mb/s asti.
– IEEE 802.11g: 2.4 GHz:n taajuuskaista ja teoreettiset
maksiminopeudet 54 Mb/s asti.
– IEEE 802.11n: 2.4 GHz:n tai 5 GHz:n taajuuskaista ja
teoreettiset maksiminopeudet 600 Mb/s asti.
– IEEE 802.11ac: 5 GHz:n taajuuskaista ja teoreettiset
maksiminopeudet 6.9 Gb/s (6933 Mb/s) asti.
• WLAN-spesifikaatiot löytyvät seuraavan linkin takaa:
– http://standards.ieee.org/about/get/802/802.11.html
WLAN-komponentit
• Jos et ole koskaan auttanut verkkokaapeleiden vetämisessä
läpi toimiston katon, tai ryöminyt mudassa uskomattoman
tiukassa tilassa talosi alla samalla vetäen verkkokaapelia, et
voi täysin arvostaa langattomien verkkojen mukavuutta!
• Langaton verkko tarjoaa mukavuutta ja joustavuutta, joka
ei yksinkertaisesti vain ole mahdollista standardeissa
langallisissa verkoissa!
• WLAN on verkko siinä missä langallinenkin LAN, mutta
sillä on omat ominaispiirteensä
• Seuraavaksi tarkastellaan WLAN-verkon komponentteja ja
terminologiaa: Langattomat asemat, AP:t, Ad hoc-tila,
infrastruktuuri-tila, langattomat sillat ja reitittimet sekä
roaming
376
378
377
WLAN-asemat
Tukiasema (AP)
• Langaton verkko vaatii vähintään kaksi radiota
• WLAN-asemaksi kutsutaan jokaista radion sisältävää
tietokonetta tai laitetta, joka lähettää ja/tai vastaanottaa dataa
langattoman WLAN-verkon yli
• Kuten langallisissakin verkoissa, asema voi olla joko asiakas
(client) tai palvelin (server)
• Yleensä WLAN-asemat ovat pöytämallisia tai kannettavia
tietokoneita (tai tabletteja/älypuhelimia), joissa on joko
sisäänrakennettu WLAN-tuki tai langaton verkkosovitin
(esim. USB-väylään liitettävä WLAN-sovitin)
• Kannettavuus onkin langattomien teknologioiden suurin
myyntivaltti! => Kannettava WLAN-yhteensopiva tietokone
voidaan liittää langattomaan verkkoon missä tahansa verkon
toiminta-alueella. Lisäksi kannettavat laitteet (läppärit,
tabletit, ...) vievät vähän pöytätilaa tai niitä voidaan käyttää
jopa sylissä tai kädessä.
• AP (Access Point) on erikoistyyppi langattomasta asemasta
• AP voi olla tietokone, joka sisältää langattoman
verkkosovittimen ja AP-hallintaohjelmiston
• Yleensä AP on kuitenkin itsenäinen laite, joka sovittaa yhteen
radiotien ja langallisen lähiverkon (esim. Ethernet)
• AP on myös keskitin, joka kerää liikennettä lähiverkon
langalliseen osaan
• WLAN mahdollistaa kaksi erilaista tapaa radiotien käyttöön:
1) WLAN-verkossa voi olla yksi tai useampi AP ja kukin AP on
kytketty LAN-verkkoon, jossa on palveluita ja liityntä
Internetiin => WLAN-työasema saa yhteyden palveluihin,
Internetiin ja muihin WLAN-työasemiin AP:n kautta.
2) WLAN-työasemat voivat olla suoraan toisiinsa yhteydessä
ilman AP:ta ja LAN:ia => Tämä mahdollistaa WLAN-verkon
nopean perustamisen esim. messustandille tai kokoustilaan,
jossa Internet-yhteys tai verkkopalvelut eivät ole oleellisia.
Tukiasema (AP)
• Olipa kyseessä sitten itsenäinen AP tai AP-hallintaohjelmistoa
ajava tietokone, verkon ylläpitäjä voi muokata seuraavia
parametreja:
– SSID (Service Set Identifier): SSID on langattoman verkon nimi.
Vaikka yksilöllistä nimeä ei vaadita, useimmat verkon ylläpitäjät
vaihtavat oletuksena AP:ssa olevan SSID:n kuvaamaan paremmin
omaa verkkoaan. Jotta varmistetaan AP:n ja WLAN-asemien
välinen toimiva kommunikointi, sekä WLAN-asemissa että
AP:ssa tulee olla sama SSID-arvo. Huom! Tämä parametri ei
kuitenkaan ole tietoturvaominaisuus, koska useimmat AP:t
broadcastaavat (yleislähetys) SSID:n ja kaikki AP:t eivät edes
salli ylläpitäjän poistaa käytöstä tätä broadcastausta! Myöskään
SSID:n asettaminen piilotetuksi ei auta juurikaan tietoturvaa,
koska hyökkääjä saa ”nuuskittua” kaikki lähistöllä olevat SSIDarvot hyvin nopeasti sopivalla laitteistolla ja/tai ohjelmistolla
(sopivia softia on saatavilla runsaasti ja jopa täysin ilmaiseksi).
– Kanava: Kanavalla tarkoitetaan sitä kanavaa, jolla AP
broadcastaa. Langattomilla verkoilla on käytettävissä useita
radiokanavia. Tarkka kanavien lukumäärä vaihtelee sen mukaan,
minkätyyppistä WLAN-verkkoa käytetään ja missä maassa
WLAN-verkko asennetaan käyttökuntoon.
379
Tukiasema (AP)
– Salausavain: Ellei WLAN-verkkoa ole tarkoitettu yleisesti
julkiseksi, jokainen WLAN-verkko tulisi suojata salauksella.
Kaikkein suosituin WLAN-verkkojen tietoturvamenetelmä on
WPA2 (Wi-Fi Protected Access 2), joka on nykyään pakollinen
kaikille WLAN-laitteille, joille on myönnetty Wi-Fi Alliancen
virallinen Wi-Fi-sertifikaatti. WPA (Wi-Fi Protected Access) ja
WPA2 kehitettiin, koska aiemmin käytössä olleessa WEPmenetelmässä (Wired Equivalent Privacy), joka käyttää RC4salausalgoritmia (Rivest Cipher 4; Ron’s Code 4) yksityisyyden
varmistamiseen, havaittiin todella vakavia tietoturvaongelmia (se
on helposti murrettavissa muutamassa minuutissa). WPA käyttää
TKIP:iä (Temporal Key Integrity Protocol) luomaan jokaiselle
paketille oman 128-bittisen avaimen, mutta käyttää edelleen
heikkoa RC4-salausalgoritmia. WPA sisältää myös pakettien
eheyttä valvovan MIC-toiminnon (Message Integrity Check), joka
tarkistaa jokaisen paketin eheyden (ts. ettei mahdollinen hyökkääjä
ole muuttanut pakettien sisältöä). WPA2, joka on nykyisin
suositeltavin WLAN-verkkojen tietoturvamenetelmä, käyttää AESsalausalgoritmia (Advanced Encryption Standard) ja CCMP:tä
(Counter Mode Cipher Block Chaining Message Authentication
Code Protocol), joiden avulla se tarjoaa vahvan tietoturvan.
380
381
NAT-boksi
Tukiasema (AP)
• NAT-boksi on laite, joka mahdollistaa sen, että LAN/WLAN voi
käyttää IP-osoitteiden joukkoa oman verkkonsa tietokoneita
varten ja eri osoitejoukkoa (usein vain yksi IP-osoite)
ulkopuoliselle verkkoliikenteelle
• NAT-boksi toimii myös palomuurina (firewall), koska se
piilottaa verkon todelliset IP-osoitteet ulkopuolisen verkon
koneilta
• NAT mahdollistaa myös Internetin IP-osoitteiden säästämisen,
koska useat saman sisäisen verkon käyttäjät voivat käyttää
samaa ulkoista IP-osoitetta (jaettu IP-osoite): Tämä auttoikin
siinä, että IPv4:llä pärjättiin niinkin pitkään kuin pärjättiin ennen
IPv6:tta!
• Useat verkkolaitteiden valmistajat tarjoavat reitittimiä NATominaisuuksilla => Näitä suunnitellaan ja markkinoidaan
erityisesti kotikäyttäjille, jotka haluavat yhdistää kaikki pienen
verkon tietokoneet Internetiin => Näitä laitteita kutsutaan
yleisesti kaapelimodeemeiksi/DSL-reitittimiksi (Digital
Subscriber Line).
• Monet valmistajat myyvät kahdenlaisia tukiasemia:
Yritysympäristöihin tarkoitettuja ja kotikäyttöön
tarkoitettuja => Yrityskäyttöön suunnatuissa tukiasemissa
on yleensä enemmän konfigurointimahdollisuuksia,
ominaisuuksiltaan paremmat ohjelmistot ja enemmän
laskentatehoa, jotta ne pystyvät palvelemaan suurempaa
määrää samanaikaisia WLAN-käyttäjiä => Yrityskäyttöön
tarkoitetut AP:t ovatkin yleensä huomattavasti kotikäyttöön
tarkoitettuja AP-laitteita kalliimpia.
• AP:n toiminnallisuuteen niputetaan usein monia erillisiä,
mutta yhteenkuuluvia toimintoja => Esim. Normaalin AP:n
toimintojen lisäksi voidaan tarjota myös mm. seuraavia
toimintoja: Reititin (router), Kytkin (switch), DHCPpalvelin, 3G/4G-yhteyttä varten paikka SIM-kortille ja
NAT-boksi (Network Address Translation).
382
383
Kaapelimodeemit/DSL-reitittimet
• Kaapelimodeemit/DSL-reitittimet yhdistävät pienen verkon Internetiin
• NAT-palveluiden toteuttamisen lisäksi kaapelimodeemit/DSL-reitittimet
usein toimivat myös DHCP-palvelimena => Esim. Oletetaan, että AP:ssa
on kaapelimodeemi/DSL-reititin, DHCP-palvelin, kytkin ja NAT =>
Kaikki kyseistä monitoimitukiasemaa reitittimenä tai AP:na käyttävät
tietokoneet saavat automaattisesti IP-osoitteen (DHCP:n toiminto) ja
voivat käyttää samaa IP-osoitetta yhdistyessään Internetiin (NAT:n
toiminto) kaapelimodeemin/DSL-reitittimen kautta
• Monissa AP-laitteissa löytyy myös paikka SIM-kortille, jolloin tarvittava
Internet-yhteys on mahdollista saada langattomasti suoraan 3G/4Gverkon kautta ilman tarvetta kytkeä verkkopiuhaa: Laitteelle on
kuitenkin saatava virta jostain, joten vähintään yksi piuha siihen on
tässäkin tapauksessa kytkettävä (joko USB-piuha mukana liikuteltavan
AP:n tapauksessa, jolloin tarvittava virta saadaan esim. läppärin USBportista, tai verkkovirtapiuha kiinteästi asennetun AP:n tapauksessa) –
poislukien tietysti tilanne, jossa liikuteltavassa AP:ssa on oma akku ja se
on ladattu täyteen, mutta jossain vaiheessa sekin on kytkettävä piuhaan
latausta varten (poislukien tietysti tilanne, jossa kyseinen laite tukee
myös langatonta sähkönsiirtoa).
Tyypillinen WLAN-konfiguraatio
• Toimistoympäristössä jokainen toiminto tulisi
toteuttaa erikseen sen sijaan, että käytetään
pelkkiä monitoimilaitteita!
• On epätodennäköistä, että jossain toimistossa olisi
”AP+verkkokeskitin”- tai
”tulostin+verkkokeskitin”-yhdistelmälaite =>
Jokaisen verkkokeskittimen sijainti määritetään
sen mukaan, miten rakennus on tehty.
• AP:t ja tulostimet on hajautettava koko yrityksen
läpi siten, että ne ovat lähellä niitä tietokoneita,
joita ne palvelevat
384
Tyypillinen WLAN-konfiguraatio
385
Asemalta-asemalle: Ad hoc-tila
• Kun kaksi langatonta asemaa ovat riittävän lähellä
(kantamalla) kommunikoidakseen keskenään, ne
pystyvät muodostamaan keskenään
spontaaniverkon (ad hoc-verkko)
• Pienissä toimistoissa tai kotona spontaaniverkkoa
voidaan käyttää ainoana verkkona, eikä AP:tä
tällöin tarvita
• Useimmissa tapauksissa spontaaniverkot ovat
kuitenkin luonteeltaan väliaikaisia: Langattomat
spontaaniverkot ovat luonteeltaan spontaaneja ja
dynaamisia.
Internet
AP
DHCP-palvelin
Ei näin, vaan
palomuurin ulkopuolelle!
Reititin
Tiedostopalvelin
Tulostin
Palomuuri
Sovelluspalvelin
LAN
386
387
BSS (Basic Service Set)
• Aluetta, jolla spontaaniverkon tietokoneet voivat
kommunikoida keskenään, kutsutaan BSS:ksi (Basic Service
Set)
A
C
• Edellisen kalvon kuvan mukaisessa tapauksessa
tietokone A näkee B:n ja B näkee C:n sekä D:n. A
ei näe C:tä ja D:tä (ja päinvastoin).
• A ja B pystyvät kommunikoimaan keskenään
yhdessä BSS:ssä
B
D
BSS 1
BSS (Basic Service Set)
BSS 2
• B, C ja D pystyvät myös kommunikoimaan
keskenään toisessa BSS:ssä
• Koska kaikki nämä neljä tietokonetta eivät pysty
kommunikoimaan samanaikaisesti keskenään, ne
eivät ole kaikki samassa BSS:ssä!
388
Asemalta-tukiasemalle: Infrastruktuuri-tila
389
• AP pystyy yhdistämään useita BSS:iä luomalla DS:n (Distribution
System)
• Itsenäinen BSS, joka ei ole yhdistyneenä DS:ään, on nimeltään
IBSS (Independent BSS)
• AP pystyy myös yhdistämään LAN-verkkoja hajautettuun
järjestelmään portaali-nimisen (portal) ominaisuuden kautta:
Portaali on looginen piste, josta data menee langattomaan
järjestelmään langallisesta LAN:sta ja päinvastoin.
• Kun AP:ta käytetään yhdistämään DS:n avulla yksi tai useampi
BSS, ja yksi tai useampi LAN, tuloksena syntyvää verkkoa
kutsutaan ESS:ksi (Extended Service Set)
• Ja kuten jo aiemmin käytiin läpi, jokaiselle langattomalle verkolle
voidaan antaa nimi SSID:n avulla: SSID tunnetaan myös nimellä
ESSID (Extended Service Set Identifier).
• Seuraavan kalvon kuva esittää AP:n käyttöä usean BSS:n ja
langallisen LAN-verkon yhdistämisessä toisiinsa: Tätä
yhdistämisprosessia kutsutaan DSS-prosessiksi (Distribution
System Service).
ESS (Extended Service Set)
BSS 2
Portaali
AP
BSS 1
DS
LAN
ESS
390
391
Miten WLAN-verkot toimivat?
• Seuraavaksi tutustutaan siihen, miten IEEE 802.11standardin mukaiset langattomat verkot toimivat
• IEEE 802.11-standardi määrittelee kuusi tapaa datan
siirtämiseen kahden langattoman laitteen välillä: Näitä
siirtomenetelmiä kutsutaan fyysisiksi kerroksiksi (physical
layers)
• Jokainen fyysinen kerros (802.11, 802.11a, 802.11b,
802.11g, 802.11n ja 802.11ac) on riippumaton muista
fyysisistä kerroksista => Jokainen 802.11-yhteensopiva
radiopari käyttää yhtä näistä fyysisistä kerroksista
kommunikointiinsa.
• Langallisessa verkossa eniten käytetty fyysinen kerros on
nimeltään Ethernet (IEEE 802.3)
Wi-Fi Alliance ja Wi-Fi-sertifikaatti
• Langattomat verkot käyttävät radioaaltoja
lähetysmedianaan
• Wi-Fi Alliance on WLAN-tuotteiden
yhteensopivuuden parantamiseksi perustettu
yhteistyöelin, jonka tehtävänä on edistää IEEE
802.11 -standardin (nykyisin erityisesti IEEE
802.11n ja IEEE 802.11ac) mukaisten tuotteiden
asemaa markkinoilla
• Wi-Fi Alliancen testit läpäisseille tuotteille
myönnetään Wi-Fi-sertifikaatti (Wireless Fidelity),
joka takaa WLAN-tuotteiden keskinäisen
yhteensopivuuden
392
393
ISM-kaista (Industrial Scientific Medicine)
Piilossa olevat laitteet
• WLAN-verkot toimivat joko 2.4 GHz:n (802.11, 802.11b,
802.11g ja 802.11n) tai 5 GHz:n (802.11a, 802.11n ja 802.11ac)
vapaalla ISM-kaistalla, jossa on paljon maakohtaisia eroja
taajuuksien osalta => Suomen osalta sallitut taajuudet ovat 2.4
– 2.4835 GHz ja 5.15 – 5.725 GHz.
• Koska 5 GHz:n kaista on laajempi, sillä on kyky lähettää dataa
nopeammin
• Vaikka ISM-kaistan käyttöön ei vaadita lupaa, langattoman
verkon pystyttämisessä on hyvä ottaa huomioon
lähiympäristössä olevat häiriötekijät (muut langattomat verkot
ja laitteet, mikroaaltouunit, mahdolliset esteet radiosignaalien
kulkemiselle, ...), etenkin jos verkkoa ollaan pystyttämässä
sairaalaan, sotilastukikohtaan, sotilastukikohdan lähelle, ...
• Koska ISM-kaistalla toimijoita on paljon (WLAN, Bluetooth,
mikroaaltouunit, ...), teknologioita on kehitetty häiriösietoisiksi
394
• Langattomissa verkoissa, piilossa olevat laitteet
vaikeuttavat kanavan kuuntelemista
• Piilossa olevan laitteen ongelma syntyy sellaisesta
tilanteesta, jossa kanavan tunnistaminen vapaaksi
radioverkossa ei ole luotettavaa => Oletetaan, että
kaksi työasemaa ovat saman AP:n kantamalla, mutta
eivät pysty kommunikoimaan keskenään (esim.
jokin este estää radioaaltoja) => Kaksi työasemaa
siis voivat lähettää samaan aikaan samalle AP:lle =>
Tällöin toinen työasema luulee kanavan olevan
vapaa, vaikka todellisuudessa näin ei ole!
395
Piilossa olevat laitteet
AP
Piilossa
oleva laite
Jokin RF-signaaleita
läpäisemätön este
CSMA/CA
• Vähentääkseen piilossa olevien laitteiden ongelmaa ja
lisätäkseen kanavan kuuntelun luotettavuutta, WLAN-standardi
määrittelee CSMA/CA-protokollan (Carrier Sense Multiple
Access / Collision Avoidance). CSMA/CA perustuu
nelinkertaiseen kättelyyn lisäten näin luotettavuutta:
– Laitteet lähettävät RTS-pyynnön (Request To Send) kohdelaitteelle.
– Kohdelaite kuittaa pyynnön CTS-viestillä (Clear To Send) ja näin
antaa yhdelle laitteelle mahdollisuuden datan lähetykseen. Mikäli
kuittausta ei kuulu, odottaa lähetystä yrittänyt asema satunnaisen
ajan ja pyytää uudelleen oikeutta lähettää dataa kohdeasemalle.
– Kun lähdelaite on vastaanottanut CTS-viestin, se aloittaa datan
siirron.
– Kun data on saatu siirrettyä ja eheys todettu, kohdelaite lähettää
lähdelaitteelle ACK-viestin (Acknowledgement), jonka perusteella
lähdelaite tietää viestin menneen perille. ACK-viestin jälkeen
asemat jälleen kilpailevat seuraavasta lähetysvuorosta.
396
397
CSMA/CA
CSMA/CA:n nelinkertainen kättely
• CSMA/CA-protokolla siis tarkastaa ensin, onko siirtotie
vapaa => Jos siirtotie on vapaa, paketti voidaan lähettää
heti. Muussa tapauksessa odotetaan satunnainen aika ja
yritetään sen jälkeen uudelleen.
• CSMA/CA-protokollan erona perinteiseen Ethernetissä
(IEEE 802.3) käytettyyn CSMA/CD-protokollaan (Carrier
Sense Multiple Access / Collision Detection) on se, että
CSMA/CA-protokollassa vetäydytään linjalta ennen kuin
törmäys tapahtuu, eikä vasta törmäysten jälkeen
• CSMA/CD:ssä on määritelty, mitä tehdään kun törmäys
on tapahtunut => Toiminta tapahtuu siis vasta törmäysten
jälkeen.
• Langattomat verkot ovat huomattavasti virhealttiimpia
kuin langalliset verkot, koska radiosignaalit ovat koko
ajan alttiina myös ulkoisille häiriöille
RTS
CTS
DATA
RTS = Request To Send
CTS = Clear To Send
ACK = Acknowledgement
ACK
398
399
802.11: FHSS
• Armeijasovelluksista peräisin oleva FHSS (Frequency
Hopping Spread Spectrum) on IEEE 802.11spesifikaatiossa määritelty taajuushyppelytekniikka
• FHSS vähentää todennäköisyyttä sille, että kaksi
radiolaitetta toimisivat samalla taajuudella samalla
ajanhetkellä => Taajuushyppelyn avulla voidaan siis välttää
kanavia, joilla on häiriöitä!
• FHSS käyttää kaksi- tai nelitasoista GFSK-modulointia
(Gaussian Frequency Shift Keying) sovittamaan bittivirran
sopivaksi siirtotietä varten. Gaussiaaninen esisuodatus
vähentää välitöntä siirtokaistanleveyden tarvetta.
• Kaksitasoisella GFSK:lla päästään 1 Mb/s:n teoreettisiin
datasiirtonopeuksiin ja jos signaali on riittävän voimakas,
nelitasoisella GFSK:lla päästään 2 Mb/s:n teoreettisiin
datasiirtonopeuksiin
802.11: FHSS
• Aiemmin oli vaatimuksena vähintään 75 hyppykanavaa FHSSkommunikointijärjestelmälle ollakseen laillinen 2.4 GHz:n ISMkaistalla, mutta näitä vaatimuksia on sittemmin löysennetty ja
nykyään sallittuja ovat jopa 15-kanavaiset hyppelyjaksot (ja näin
ollen myös esim. Bluetooth-tekniikan käyttämät AFH-versiot eli
mukautuvat taajuushyppelymenetelmät).
• Lisäksi signaali ei saa pysyä samalla taajuudella kauempaa kuin
400 ms => GFSK-moduloitu data siirretään eri taajuuksilla
ennalta määrätyn pseudosatunnaisen hyppykuvion mukaisesti.
• Jos radio havaitsee häiriöitä tietyllä taajuudella, se lähettää saman
datan uudestaan seuraavalla hypyllä eri taajuudella (jatkossa
häiriöisiä kanavia voidaan välttää, kuten esim. Bluetoothtekniikan AFH tekee): Jokainen radiopari, joka käyttää FHSS:ää,
sopii keskenään käytettävän hyppykuvion.
• Käyttämällä ortogonaalisia hyppykuvioita (ts. kuvioita, jotka eivät
koskaan mene päällekkäin annetulla taajuudella tarkalleen
samalla ajanhetkellä), useat radioparit voivat kommunikoida
samalla taajuuskaistalla
400
401
802.11: FHSS
802.11: FHSS
• Koska radio lähettää signaalin FHSS:ää käyttäen, signaalia
ei koskaan lähetetä samalla taajuudella pitkää aikaa =>
Sellaiset radiovastaanottimet, joille signaali ei ole
tarkoitettu, näkevät signaalin vain hetkittäisenä
kohinasykäyksenä
• Myös Bluetooth käyttää FHSS:ää (ja siitä paranneltua
mukautuvaa taajuushyppelyä), mutta hyppii n. 300-600
kertaa nopeammin kuin IEEE 802.11 (riippuen siitä onko
kyseessä FHSS:ää vai AFH:ta käyttävä Bluetooth-laite) =>
On siis erittäin epätodennäköistä, että IEEE 802.11 -laite
häiritsisi Bluetooth-laitetta, mutta Bluetooth-laite saattaa
häiritä lähellä olevaa IEEE 802.11 -laitetta (jos kyseessä
erittäin vanha Bluetooth-laite, joka ei tue mukautuvaa
taajuushyppelyä) => Molempien teknologioiden
kehitystyössä onkin pyritty vähentämään keskinäisiä
häiriöitä (on perustettu yhteistyöryhmiä).
• Varmistaakseen useat FHSS-lähetykset samaan aikaan samalla
ISM-kaistalla, IEEE 802.11 -spesifikaatio jakaa 2.4 GHz:n kaistan
useisiin eri kanaviin, jotka ovat 1 MHz:n päässä toisistaan:
Käytettävissä oleva Kanavien
taajuusalue:
lukumäärä:
Sijainti:
2402-2480 MHz
79
Pohjois-Amerikka
2402-2480 MHz
79
Eurooppa
2447-2473 MHz
27
Espanja
2473-2495 MHz
23
Japani
2448-2482 MHz
35
Ranska
Lähde: IEEE 802.11-spesifikaatio.
402
403
802.11: DSSS
• DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) on toinen
IEEE 802.11-spesifikaation määrittelemä tekniikka,
joka pystyy myös lähettämään dataa 2 Mb/s:n
teoreettisella maksiminopeudella
• DSSS on myös peräisin armeijasovelluksista
• Radiot, jotka käyttävät DSSS:ää, levittävät signaalinsa
yli koko käytettävissä olevan ISM-kaistan hyvin
pienellä teholla => Levittämällä signaali,
kapeakaistaisten signaaleiden aiheuttama häiriö ei
kovin helposti aiheuta datavirheitä. Lisäksi sellaiset
radiot, joille signaali ei ole tarkoitettu, näkevät
signaalin taustakohinana ja hylkäävät sen.
802.11: DSSS
• Ennen signaalin lähettämistä DSSS-radio muuntaa
datavirran pitemmäksi jaksoksi lisäämällä siihen
bittijonon, jota kutsutaan PN-koodiksi (Pseudo-Noise) =>
IEEE 802.11 määrittelee, että PN-koodi on oltava
vähintään 11-bittinen.
• Tämä voi aluksi kuulostaa hölmöltä, koska radion on nyt
lähetettävä enemmän bittejä kuin ennen PN-koodin
lisäystä => Joka tapauksessa, PN-koodin lisäys parantaa
mahdollisuutta sille, että vastaanottaja pystyy
palauttamaan alkuperäisen datan jo ensimmäisellä
yrityksellä => PN-koodin lisäyksen jälkeen signaali on
huomattavasti ”äänekkäämpi” kuin jos signaali
lähetettäisiin sellaisenaan. Jos jokin osa PN-koodia katoaa,
vastaanottaja voi käyttää tilastollisia tekniikoita
alkuperäisen PN-koodin määrittämiseen, eikä PN-koodin
uudelleenlähetystä tarvita.
404
405
802.11: DSSS
• Kaikki IEEE 802.11-yhteensopivat radiot, jotka käyttävät
DSSS:ää, käyttävät samaa PN-koodia
• Varmistaakseen useat DSSS-lähetykset samaan aikaan
samalla ISM-kaistalla, IEEE 802.11-spesifikaatio jakaa 2.4
GHz:n kaistan 14 kanavaan, jotka ovat 5 MHz:n päässä
toisistaan (Huom! Vain yhtä kanavaa käytetään kullekin
yhteydelle!)
• Kaikki 14 kanavaa eivät ole käytettävissä kaikissa maissa
=> Esim. USA:ssa ja Kanadassa on käytössä vain 11
kanavaa.
• Käytössä olevien kanavien lukumäärä vaihtelee siis sen
mukaan, mitkä säännökset kussakin maassa on
radiotaajuuden käytöstä
802.11: DSSS
Kanava
Taajuus
USA ja Kanada
Eurooppa
X = Käytössä
Espanja
Ranska
Japani
1
2412 MHz
X
X
-
-
X
2
2417 MHz
X
X
-
-
X
3
2422 MHz
X
X
-
-
X
4
2427 MHz
X
X
-
-
X
5
2432 MHz
X
X
-
-
X
6
2437 MHz
X
X
-
-
X
7
2442 MHz
X
X
-
-
X
8
2447 MHz
X
X
-
-
X
9
2452 MHz
X
X
-
-
X
10
2457 MHz
X
X
X
X
X
11
2462 MHz
X
X
X
X
X
12
2467 MHz
-
X
-
X
X
13
2472 MHz
-
X
-
X
X
14
2484 MHz
-
-
-
-
X
Lähde: IEEE 802.11-spesifikaatio.
406
407
802.11: DSSS
802.11: DSSS
• Koska DSSS levittää signaalin, kanavat jotka ovat enintään
30 MHz:n päässä toisistaan, voivat häiritä toisiaan =>
Tämän vuoksi, vain kolme langatonta verkkoa voi toimia
samaan aikaan samalla alueella ilman häiriöitä.
• Useimmat IEEE 802.11-toteutukset sallivat roamingprosessin (tukiasemien yhteiskäyttö, jossa tukiaseman
vaihto on mahdollista ilman, että yhteys katkeaa) yhdestä
AP:stä toiseen => Kun yhden AP:n signaali käy heikoksi,
asiakkaan radio etsii voimakkaampaa signaalia toiselta
AP:lta => Tämän jälkeen heikompi AP siirtää asiakkaan
voimakkaammalle AP:lle. Jos molemmat AP:t käyttävät
samaa kanavaa, roaming-prosessi toimii silti, mutta
molempien tukiasemien verkkoliikenne on tällöin suurempi
kuin se olisi silloin, jos molemmat käyttäisivät omaa
kanavaa!
• IEEE 802.11:n DSSS-tekniikkaa käyttävä fyysinen
kerros pystyy lähettämään dataa 1 Mb/s:n tai 2
Mb/s:n teoreettisella maksiminopeudella => Nopeus
riippuu siitä, kumpi kahdesta mahdollisesta
signaalin modulointitekniikasta on käytössä:
– Lähettääkseen nopeudella 1 Mb/s, radiot käyttävät
DBPSK-modulointia (Differential Binary Phase
Shift Keying).
– Jos signaali on riittävän voimakas, radiot voivat
käyttää DQPSK-modulointia (Differential
Quadrature Phase Shift Keying) lähettääkseen
nopeudella 2 Mb/s.
408
409
802.11b: HR/DSSS
802.11a: OFDM
• IEEE 802.11-spesifikaation fyysinen kerros, IEEE
802.11a, käyttää OFDM-tekniikkaa (Orthogonal
Frequency Division Multiplexing)
• IEEE 802.11a toimii 5 GHz:n ISM-kaistalla => Koska
IEEE 802.11a toimii korkeammilla taajuuksilla ja käyttää
tehokkaampia modulointimenetelmiä kuin IEEE 802.11b,
se pystyy korkeampiin tiedonsiirtonopeuksiin => IEEE
802.11a pystyy 54 Mb/s:n datasiirtonopeuksiin.
• IEEE 802.11a käyttää seuraavaa kolmea 100 MHz:n
laajuista U-NII-kaistaa (Unlicensed National Information
Infrastructure):
– 5.15-5.25 GHz
– 5.25-5.35 GHz
– 5.725-5.825 GHz
• IEEE 802.11-spesifikaation fyysinen kerros, IEEE
802.11b, käyttää HR/DSSS-tekniikkaa (High Rate /
Direct Sequence Spread Spectrum)
• IEEE 802.11b on lisäys IEEE 802.11 DSSSstandardiin
• HR/DSSS käyttää samaa 2.4 GHz:n ISM-kaistaa ja
samoja kanavia kuin DSSS => HR/DSSS on
taaksepäin yhteensopiva DSSS:n kanssa.
• HR/DSSS käyttää CCK-taajuusmodulaatiotekniikkaa
(Complementary Code Keying) => CCK-tekniikka
mahdollistaa datan lähettämisen 5.5 Mb/s:n tai 11
Mb/s:n teoreettisella maksiminopeudella.
410
411
802.11a: OFDM
• Jokainen näistä kolmesta kaistasta on jaettu neljään
kanavaan => Yhteensä 12kpl 20 MHz:n laajuisia
kanavia => Jotta kanavat eivät häiritsisi toisiaan,
jokaisen kanavan keskipistetaajuuden on oltava
vähintään ±15 MHz:n päässä toisen kanavan
keskipistetaajuudesta!
• Jokainen kanava on lisäksi jaettu 52:een 300 kHz:n
laajuiseen alikanavaan => Ortogonaalinen
(Orthogonal) OFDM:n nimessä tulee siitä tosiasiasta,
että alikanavien on lupa mennä päällekkäin, koska
signaalien lähetykset on ajoitettu niin etteivät ne
häiritse toisiaan => Tuloksena on tehokkaampi radion
käyttö.
802.11a: OFDM
Kaista
(GHz)
5.15-5.25
5.25-5.35
5.725-5.825
Kanavien
numerot
Kanavien
keskipistetaajuudet
36
40
44
48
5180
5200
5220
5240
52
56
60
64
5260
5280
5300
5320
149
153
157
161
5745
5765
5785
5805
Lähde: IEEE 802.11a-spesifikaatio.
412
413
802.11a: OFDM
• Pääasiallinen hyöty IEEE 802.11a:n käytössä on suurempi
datasiirtonopeus, mutta tämä nopeus ei tule ilmaiseksi =>
Korkeilla taajuuksilla tapahtuviin lähetystehoihin on
annettu ylimääräisiä rajoituksia!
– BPSK-modulointia (Binary Phase Shift Keying) käyttämällä
pystytään saavuttamaan teoreettiset maksiminopeudet 6
Mb/s tai 9 Mb/s.
– QPSK-modulointia (Quadrature Phase Shift Keying)
käyttämällä pystytään saavuttamaan teoreettiset
maksiminopeudet 12 Mb/s tai 18 Mb/s.
– QAM-modulointia (Quadrature Amplitude Modulation)
käyttämällä pystytään saavuttamaan teoreettiset
maksiminopeudet 24 Mb/s tai 36 Mb/s.
– 16-QAM-moduloinnilla (16-tasoinen QAM-modulointi)
päästään teoreettisiin maksiminopeuksiin 24 Mb/s tai 36
Mb/s.
– 64-QAM-moduloinnilla (64-tasoinen QAM-modulointi)
päästään teoreettisiin maksiminopeuksiin 48 Mb/s tai 54
Mb/s.
• Tämän lisäksi korkeampitaajuuksiset radioaallot eivät
säteile yhtä kauas samalla teholla kuin
matalampitaajuuksiset radioaallot => OFDM:ää
käyttävien radioiden on oltava siis lähempänä toisiaan
kuin HR/DSSS:ää käyttävien radioiden!
• Siirryttäessä IEEE 802.11b-standardista IEEE 802.11astandardiin laitteiden nopeus siis kasvoi, mutta samalla
hinta nousi ja kantama pieneni (myös tukiasemia tarvittiin
huomattavasti enemmän)
414
802.11a: OFDM
• Myös OFDM-tekniikassa voidaan saavuttaa useita erilaisia
lähetysnopeuksia käyttämällä eri modulointitekniikoita:
415
802.11a: OFDM
• Suurempien tiedonsiirtonopeuksien lisäksi IEEE
802.11a -spesifikaatio tarjoaa seuraavia etuja:
– Noin neljä kertaa enemmän käytettävissä olevia
kanavia kuin IEEE 802.11b:ssä.
– 5 GHz:n kaistalla on vähemmän muita toimijoita
häiritsemässä (2.4 GHz:n alueella toimijoita ovat
WLAN:n lisäksi mm. Bluetooth, mikroaaltouunit,
...).
• 802.11-, 802.11b- ja 802.11a-laitteita ei juurikaan ole
enää käytössä, koska uudemmat nopeammat versiot
ovat syrjäyttäneet ne jo lähes täysin niin yritys- kuin
kotikäytössäkin
802.11g
• IEEE 802.11 -spesifikaation fyysinen kerros, IEEE
802.11g, käyttää OFDM-tekniikkaa 2.4 GHz:n kaistalla
=> Tämä mahdollistaa 54 Mb/s:n teoreettiset
maksiminopeudet samalla kaistalla, jossa myös IEEE
802.11b -laitteet toimivat.
• IEEE hyväksyi syksyllä 2003 IEEE 802.11g -standardin
lopullisen version ja teki siihen lisäyksen, joka
mahdollisti sen, että IEEE 802.11g -yhteyksien nopeudet
voivat kutistua jopa 11 Mb/s asti => Tämän ansiosta
IEEE 802.11g -laitteet pystyivät toimimaan samoissa
verkoissa kuin vanhemmat IEEE 802.11b -laitteet.
• Myöskään 802.11g-laitteita ei ole enää kovin paljon
käytössä, koska uudemmat 802.11n- ja 802.11ac-laitteet
hiljalleen syrjäyttävät niitä niin yritys- kuin
kotikäytössäkin
416
802.11g: Teoreettiset maksiminopeudet
417
802.11g: Teoreettiset maksiminopeudet
• Edellisen kalvon lyhenteiden selitykset ovat:
MCS = Modulation and Coding Scheme
Modulation type = Käytettävä modulointimenetelmä,
joista löytyy useita hyvinkin monimutkaisia versioita,
esim. 64-tasoinen QAM-modulointi.
BPSK = Binary Phase Shift Keying
QPSK = Quadrature Phase Shift Keying
QAM = Quadrature amplitude modulation
Coding rate = Koodaustaso: Indikoi sitä, kuinka suuri
osa datavirrasta todellisuudessa käytetään
hyötykuorman (payload) siirtämiseen, esim. tehokkain
taso on 3/4 (75 %).
Lähde: https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11g-2003
418
Super-g
• Tavallisten 802.11g-tuotteiden rinnalle ilmestyi myös hyvin pian
tukiasemia ja WLAN-sovittimia, joiden paketissa luki Super-g,
Turbo-g, Speedbooster, Afterburner, 10x Faster, 108 Mbps, Mimo,
125 Mbps, High Speed Mode, yms.
• Lisäksi kaupoista alkoi hiljalleen löytyä ensimmäisiä ns. pre-ntuotteita (802.11n-standardin esiversioon perustuvia) vuoden 2006
aikana.
• Nämä olivat kuitenkin valmistajien omia virityksiä ja näin ollen
mitään takeita niiden yhteensopivuudesta virallisen 802.11nstandardin kanssa ei ollut.
• Super-g-laitteet olivat tietysti taaksepäin yhteensopivia aiempien
802.11b- ja 802.11g-laitteiden kanssa, joten vanhat laitteet toimivat
kyllä niiden kanssa, mutta tietenkin omalla hitaammalla
nopeudellaan => Super-g-tukiasemat osasivat haistella, onko
linjoilla vanhempia tuotteita ja pudottaa automaattisesti nopeuttaan.
Mikäli haluttiin nauttia Super-g:n tuomasta lisänopeudesta,
tarvittiin Super-g-yhteensopivia laitteita (jotka yleensä oli oltava
vielä samalta laitevalmistajalta).
Lähde: https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11g-2003
419
Super-g
• Super-g-tekniikan kehitti alunperin piirivalmistaja Atheros
• 802.11g-verkkojen 2.4 GHz:n taajuus on jaettu 14 eri
kanavaan (kukin noin 20 MHz:iä leveä), jotta eri tukiasemat
saadaan toimimaan rinnakkain: Atheroksen kehittämä
Super-g tuplasi nopeuden pääasiassa siten, että käyttöön
otettiin kaksi vierekkäistä lähetyskanavaa => Dataa pystyi
siis lähettämään teoriassa kaksinkertaisen määrän samassa
ajassa, jolloin 802.11g-tekniikan 54 Mb/s kasvoi Superg:ssä lukemaan 108 Mb/s: Haittapuolena tässä oli se, että
WLAN-alueen 14 kanavasta vain kolme pystyi toimimaan
häiriöttömästi samanaikaisesti => Niputettujen kanavien
ympäristössä jäljelle jäi enää kaksi häiriötöntä kaistaa,
jolloin naapurien verkot häiritsivät toisiaan entistäkin
helpommin!
• Kanavien niputtamisen lisäksi tarjolla on pehmeämpiäkin
keinoja suorituskyvyn nostamiseen
420
Super-g
421
• Langattomassa tietoliikenteessä on se huono puoli, että
suuri prosentuaalinen osuus kokonaiskapasiteetista kuluu
liikennöinnin ohjaamiseen ja muuhun ylimääräiseen
yleisrasitteeseen => Piirivalmistaja Broadcomin
nopeutusratkaisu perustui pääosin hukkatiedon
suhteelliseen vähentämiseen: Aluksi tekniikka tunnettiin
nimellä Afterburner, mutta käytössä oli yleisimmin nimitys
125 High Speed Mode tai Speedbooster (Linksysillä) =>
Frame Bursting -tekniikassa paketteja lähetettiin useampia
kerralla, jolloin kului vähemmän aikaa lähetysten
ilmoittamiseen ja kuittaamiseen.
• Toinen keino on kasvattaa itse pakettien kokoa, jolloin
pienempi osuus paketista kuluu lähetystietoihin
• Muita keinoja suorituskyvyn nostamiseen ovat esim. tiedon
pakkaaminen ja virheenkorjauksen keventäminen
422
• Edellä kuvatuilla Atheroksen ja Broadcomin tekniikoilla
valmistajat lupasivat 108 Mb/s:n ja 125 Mb/s:n
teoreettisia maksiminopeuksia: Käytännössä nopeuden
kasvu kuitenkin vaihteli suuresti, eikä suoritustehoa
voinut päätellä suoraan käytettyjen tekniikoiden
mukaan.
• Uudet tekniikat ja mahdollisimman voimakkaaksi
säädetyt lähetystehot parantavat myös langattomien
verkkojen kantamaa sekä suorituskykyä hankalissa
olosuhteissa
• Kantamaa voidaan myös kasvattaa ”siltaustoiminnolla”,
jossa kaksi tukiasemaa viritetään toimimaan yhtenä
suurempana kokonaisuutena
423
802.11n
• Vaikka IEEE julkaisi jo 24.9.2003 tiedotteen, että 802.11n-standardin
kehitystyö on aloitettu, sen virallinen versio, Wireles LAN Medium
Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications:
Enhancements for Higher Throughput 802.11n, julkaistiin vasta
11.9.2009!
• Keväällä 2006 hyväksyttiin IEEE 802.11n -tekniikan esiversio 1.0
(100-300 Mb/s:n teoreettisiin maksiminopeuksiin pystyvä WLANtekniikka), sitä päivitettiin esiversioksi 2.0 keväällä 2007 ja
esiversioksi 3.0 syksyllä 2007 => 802.11n-standardin esiversiot
rohkaisivat tietenkin laitevalmistajia taas tekemään omia ns. pre-nlaitteita, joita löytyi runsaasti markkinoilta: Ensimmäisenä ehtivät
Buffalo, D-Link, Netgear, Belkin ja Linksys esiversioon 1.0
perustuvilla laitteillaan. => Yhteensopivuudesta virallisen 802.11nstandardin kanssa näillä valmistajakohtaisilla virityksillä ei
tietenkään ollut mitään takeita ja ensimmäisistä laitteista
löydettiinkin melko paljon lastentauteja: Kuitenkin osa ns. pre-ntukiasemista voitiin ohjelmistopäivityksillä saada paremmin
toimiviksi ja yhteensopiviksi virallisen 802.11n-standardin kanssa
sen ilmestymisen jälkeen – Kuitenkin riski jäi tässäkin tapauksessa
täysin ostajan harteille!
Super-g
802.11n
• 802.11n käyttää 2.4 GHz:n ja/tai 5 GHz:n taajuuskaistaa ja
mahdollistaa teoreettiset maksiminopeudet 600 Mb/s asti. 802.11n
kasvattaa myös verkkojen kantamaa ja parantaa niiden
häiriösietoisuutta.
• Pääasiallinen tekniikka nopeuden lisäämiseen 802.11n-standardissa on
MIMO-SDM (Multiple Input, Multiple Output – Spatial Division
Multiplexing), jossa perusideana on tiedon lähetys jopa neljällä
antennilla samanaikaisesti:
– Jokainen antenni lähettää eri tietovirtaa samalla lähetyskanavalla.
– Vastaanottajalle hieman eri aikoihin saapuvat signaalit yhdistetään
kehittyneillä algoritmeilla jälleen yhdeksi tietovirraksi.
• 802.11n hyödyntää myös muita tiedonsiirtoa nopeuttavia tekniikoita,
kuten suurempia pakettikokoja, useita paketteja lähetetään peräjälkeen
ja käytössä on tiedon pakkaus. Myös taajuuskaistaa voidaan leventää
20 MHz:stä 40 MHz:iin, jos kanavilla ei ole ruuhkaa.
• 802.11n hyödyntää myös aiemmista WLAN-versioista tuttua OFDMtekniikkaa, jossa voidaan saavuttaa useita erilaisia lähetysnopeuksia
käyttämällä eri modulointitekniikoita, joita 802.11n-standardissa on
taas huomattavasti enemmän verrattuna aiempiin WLAN-versioihin
424
802.11n: Teoreettiset maksiminopeudet
425
Lähde: https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11n-2009
426
802.11n: Teoreettiset maksiminopeudet
Lähde: https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11n-2009
427
802.11n: Teoreettiset maksiminopeudet
802.11ac
• Aiempien kalvojen lyhenteiden selitykset ovat:
MCS = Modulation and Coding Scheme
Spatial streams = Spatiaaliset datavirrat: Hyödynnetään rinnakkaisia
datavirtoja käyttämällä jopa neljää antennia samanaikaisesti.
Modulation type = Käytettävä modulointimenetelmä, joista löytyy
useita hyvinkin monimutkaisia versioita, esim. 64-tasoinen QAMmodulointi.
BPSK = Binary Phase Shift Keying
QPSK = Quadrature Phase Shift Keying
QAM = Quadrature amplitude modulation
Coding rate = Koodaustaso: Indikoi sitä, kuinka suuri osa datavirrasta
todellisuudessa käytetään hyötykuorman (payload) siirtämiseen, esim.
tehokkain taso on 5/6 (83.3 %).
GI = Guard Interval: Käytetään varmistamaan, että erilliset lähetykset
eivät häiritse toisiaan ja pyritään myös parantamaan immuniteettia
etenemisviiveiden, kaikujen ja heijastusten suhteen. Mitä pitempi GIarvo, sitä luotettavampi tiedonsiirto saadaan, joten lyhyt GI-arvo sopii
vain ympäristöön, jossa häiriöitä/ruuhkaa on vähän ja
kommunikoivien laitteiden välillä on näköyhteys.
• IEEE ilmoitti tammikuussa 2014 hyväksyneensä 802.11acstandardin virallisen version: 802.11ac-2013: Wireless LAN
Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY)
Specifications – Amendment 4: Enhancements for Very High
Throughput for Operation in Bands below 6 GHz
• 802.11ac nojaa vahvasti 802.11n-tekniikkaan, joten pyörää ei
keksitä uudelleen, vaan lähinnä päivitetään 802.11n-standardia
paremmaksi.
• 802.11ac mahdollistaa aiempaa suuremmat siirtonopeudet, mutta
enää 2.4 GHz:n taajuuskaista ei ole tuettuna, vaan 802.11ac
käyttää ainoastaan 5 GHz:n taajuuskaistaa, koska tarvittava
suurempi kaistanleveys ei olisi enää mahdollista 2.4 GHz:n
kapeammalla taajuuskaistalla.
• Siirtyminen pelkästään 5 GHz:n taajuusalueelle vähentää myös
häiriölähteitä, koska mm. Bluetooth-laitteet, mikroaaltouunit ja
vanhemmat WLAN-versiot (poislukien 5 GHz:n taajuudella
toimivat 802.11n-laitteet) toimivat ruuhkaisella 2.4 GHz:n
taajuuskaistalla.
Lähde: http://www.digitalairwireless.com/wireless-blog/recent/demystifying-modulation-and-coding-scheme-index-values.html
Lähde: TIVI-lehti 11/2015.
428
429
802.11ac
802.11ac
• Etenkin useat samanaikaisesti liikennöivät Bluetooth-laitteet ja
mikroaaltouunit ovat myrkkyä vanhemmille 2.4 GHz:n
taajuudella toimiville WLAN-verkoille
• 802.11ac mahdollistaa aiempaa useamman rinnakkaisen bitin
kuljettamisen ilmatiellä samanaikaisesti, koska kaistanleveys on
aiempaa suurempi => Suuremman kaistan myötä saavutetaan
myös luonnollisesti suuremmat teoreettiset maksiminopeudet!
• Myös 5 GHz:n taajuusalue (Suomessa on käytössä 5.15 – 5.725
GHz) on hiljalleen käymässä ahtaaksi: Syynä tähän on se, että
nykyiset ”1. aallon” 802.11ac-tukiasemat hyödyntävät 80 MHz:n
levyisiä kanavia.
• Pian markkinoille tulee myös ”2. aallon” 802.11ac-laitteita, jotka
pystyvät hyödyntämään täyttä 160 MHz:in kanavaleveyttä => 5
GHz:n alueella on käytettävissä ainoastaan 19 vapaata 20
MHz:in kanavaa, joten yksi 160 MHz:in ”kaistarohmu” syö
yhteensä kahdeksan kanavaa => Ainoastaan kaksi tällaista
leveäkanavaista 802.11ac-tukiasemaa voi toimia toistensa
läheisyydessä toisiaan häiritsemättä!
• Tilanne on vielä tukalampi kuin 2.4 GHz:in taajuusalueella, jossa
toisiaan häiritsemättömiä kanavia on käytössä kolme vanhempien
WLAN-versioiden osalta
• Em. syiden vuoksi yritysmaailmassa 160 MHz:in kanavia ei
todennäköisesti voida ottaa käyttöön ainakaan kovin suuressa
mittakaavassa, koska 802.11ac-verkot tulee saada riittävän
toimintavarmoiksi ja kattaviksi, ts. tukiasemia tarvitaan paljon
lähekkäin riittävän kattavuuden ja kapasiteetin varmistamiseksi
• 802.11ac tehostaa useamman samanaikaisen radiosignaalin käyttöä
samaan tapaan kuin jo 802.11n-standardin yhteydessä ensimmäistä
kertaa esitelty MIMO-ominaisuus, jonka tarkoituksena on kasvattaa
tiedonsiirtonopeutta ja vahvistaa hyötysignaalia => 802.11n- ja
802.11ac-tukiasemat voivat viestiä WLAN-päätelaitteelle
samanaikaisesti useamman antenninsa välityksellä ja mikäli myös
WLAN-päätelaitteessa on useampi antenni, se pystyy
vastaanottamaan samanaikaisesti eri signaaleja => Tuloksena
tiedonsiirtonopeus kasvaa: 802.11ac tukee maksimissaan kahdeksan
samanaikaisen antennin hyödyntämistä, kun taas 802.11n tukee
maksimissaan neljän samanaikaisen antennin hyödyntämistä.
Lähde: TIVI-lehti 11/2015.
Lähde: TIVI-lehti 11/2015.
430
431
802.11ac
802.11ac
• Mikäli siirtotie on heikko tai ruuhkainen, kaikki antennit voivat
lähettää tahdistetusti saman signaalin => Näin lähetyksellä on
parempi todennäköisyys saapua perille: Ominaisuus kulkee nimellä
Beamforming ja 802.11ac-standardin myötä laitevalmistajien tulee
noudattaa yhteisesti sovittuja Beamforming-määrityksiä omien
viritysten sijaan.
• MIMO-ominaisuutta käytetään usein harhaanjohtavasti
markkinointiterminä erottelemaan ”hyviä” tukiasemia ”huonoista”:
Esim. merkintä 3×3:2 tarkoittaa, että tukiaseman kolme antennia
voivat lähettää ja vastaanottaa kahta samanaikaista datavirtaa
(spatial stream).
• Em. tukiasema ei kuitenkaan ole automaattisesti nopeampi kuin
vaikkapa merkinnöin 4×4:4 varustettu, koska myös WLANpäätelaitteen pitää tukea kyseisessä esimerkissä neljää
samanaikaista antennia ja neljän samanaikaisen datavirran
lähettämistä sekä vastaanottoa: Nykyisin esim. useat läppärit on
varustettu ainoastaan 2×2:2-tyypin MIMO-piireillä, jolloin
ylimääräiset datavirrat menevät hukkaan kommunikoidessa
tämäntyyppisten läppäreiden kanssa!
• 802.11ac lisää MIMO-tekniikkaan älyä mahdollistamalla usean
päätelaitteen samanaikaisen liikennöinnin tukiaseman kanssa eri
antennien ja datavirtojen avulla => MU-MIMO-ominaisuus (MultiUser MIMO) vaatii tuen sekä päätelaitteesta että tukiasemasta:
Ensimmäiset MU-MIMO-laitteet saapuivat markkinoille jo kesällä
2015.
• MU-MIMO tehostaa WLAN-verkon toimintaa monilaiteympäristöissä
huomattavasti => Päätelaitteiden ei tarvitse enää odottaa yksi
kerrallaan omaa vuoroaan ruuhkaisella ilmatiellä: Ikävänä
haittapuolena päivitys MU-MIMO-aikaan tarkoittaa päätelaitteiden
uusimisen lisäksi lähes poikkeuksetta myös tukiasemien uusimista
(kalleus)!
• Takkuileva WLAN on yleinen tukipyyntöjen aihe yritysten ITosastoilla: Mikäli tukiasemat eivät ole halpoja ”kotipurkkeja”, syyt
WLAN-ongelmiin löytyvät useimmiten puutteellisen
tukiasemasijoittelun aiheuttamista katvealueista tai päällekäisistä
kanavista => Ratkaisun tähän tarjoaa ”WLAN-verkon sijaintipaikan
kartoitus” (WLAN site survey), jota varten löytyy useita erilaisia
työkaluja: Esim. kotimainen Ekahau tarjoaa kaupallisen Site Survey ohjelmistonsa ohella ilmaista Heatmapperia Windowsille.
Lähde: TIVI-lehti 11/2015.
Lähde: TIVI-lehti 11/2015.
432
802.11ac
433
• Ekahaun Heatmapper piirtää havainnollisen lämpökartan
WLAN-verkon kuuluvuudesta, kunhan tilat on ensin
kuljettu läpi läppärin kanssa
• Signaalivahvuuksia ja tukiasemien käyttämiä kanavia näkee
esim. Acrylic Wifi Scanner -sovelluksella, joka on
ladattavissa ilmaiseksi Windowsille
• Mac-käyttäjät voivat hyödyntää OS X -käyttöjärjestelmän
omaa, joskin hieman piilotettua WLANanalysointityökalua: Se aukeaa klikkaamalla ylärivin
WLAN-ikonia ALT-painike pohjassa ja valitsemalla ”Avaa
langattoman yhteyden vianmääritys”.
• Älypuhelimissa Android-käyttäjä voi hyödyntää esim.
ilmaista Wifi Analyzeriä
• Apple-käyttäjille löytyy esim. Wifi Explorer, mutta se vaatii
jailbreikin eli Applen ohjelmistolukituksen poiston, ennen
kuin sen voi asentaa
Lähde: TIVI-lehti 11/2015.
434
802.11ac: Teoreettiset maksiminopeudet
• 802.11ac-verkon nopeus riippuu käytetystä kanavanleveydestä ja
samanaikaisten datavirtojen määrästä – 802.11ac-standardin 6.9 Gb/s:n
teoreettinen maksinopeus saavutetaan 160 MHz:in kanavaleveydellä ja
kahdeksalla samanaikaisella datavirralla:
Lähde: TIVI-lehti 11/2015.
435
WLAN-tietoturva
WLAN-tietoturva
• Yksityisyyden suojaaminen alkaa jokaisen
henkilökohtaisesta ahkeruudesta => Aivan kuten vetäistään
suojus eteen ennen vaatteiden riisumista, WLAN-verkossa
tulisi turvallisuusominaisuudet aktivoida ennen kuin
lähetetään mitään dataa!
• Useimmat käyttäjät ja jopa jotkut tekniset asiantuntijat
olettavat, että perustavaa laatua olevat suojatoimet
tyypillisessä LAN-verkossa ovat riittäviä suojaamaan myös
verkon langaton segmentti (WLAN-verkko). Asia ei
kuitenkaan ole näin! => WLAN-verkko voidaan ajatella
julkiseksi verkoksi, johon kuka tahansa halutessaan voi
yhdistyä, jopa silloin kun WLAN-standardin
sisäänrakennetut turvallisuusominaisuudet on aktivoitu (näin
varsinkin WEP:in ollessa kyseessä – nykyään suosituksena
onkin käyttää WPA2:sta, joka onkin jo pakollinen kaikille
uusille Wi-Fi-sertifikaatin omaaville WLAN-laitteille)!
• Jos LAN-verkossa on palomuuri, saattaa olla houkuttelevaa ajatella,
että WLAN-verkko on tällöin myös suojattu => Valitettavasti asia
juuri päinvastoin! => Useissa tapauksissa WLAN-verkko on
pystytetty palomuurin sisäpuolelle => Tuloksena tästä WLANverkko voi itseasiassa romuttaa koko palomuurin tarkoituksen (ei
pelkästään WLAN-verkon osalta, vaan koko LAN-verkon osalta!)
=> Jos luvaton henkilö tässä tapauksessa pystyy yhdistymään
WLAN-verkkoon, hän samalla ohittaa myös palomuurin => Tämän
vuoksi WLAN-verkko tulisi aina pystyttää palomuurin
ulkopuolelle!
• Aivan minimivaatimuksena tulisi olla se, että jokainen WLANverkkoon yhdistyvä laite käyttäisi WPA2:sta, koska nykyään
jokainen Wi-Fi-sertifioitu AP ja WLAN-päätelaite tukee sitä: WPA2
sisältää PSK-tilan (Pre Shared Key) ja Enterprise-tilan, joista
jälkimmäinen on turvallisempi, koska se käyttää erillistä
todennuspalvelinta suojaamaan verkkoa heikkojen salasanojen
käytöltä, joka on usein ongelmana PSK-tilan kanssa (esim.
sanakirjahyökkäyksiä voidaan käyttää heikkoja salasanoja vastaan).
436
437
WDMZ:n toteuttaminen
WDMZ:n toteuttaminen
• Reaalimaailmassa DMZ (Demilitarized Zone) on fyysinen
alue (yleensä kaistale maata), joka tarjoaa puskurin kahden
vihamielisen valtion välille => Esim. Korean sodan lopussa
tulitaukosopimus muodosti DMZ:n Pohjois- ja Etelä-Korean
välille!
• LAN-verkossa DMZ on usein sellainen verkko, joka on lisätty
sisäisen verkon (esim. yrityksen Intranet) ja ulkoisen verkon
(esim. Internet) väliin: Tämäntyyppinen DMZ yleensä sisältää
HTTP/FTP-proxypalvelimen, HTTP/FTP-webbipalvelimen ja
News-proxypalvelimen => Aivan kuten reaalimaailman
DMZ, myös LAN-verkon DMZ tarjoaa lisätyn
turvallisuuskerroksen sisäisen verkon (luotettu) ja ulkoisen
verkon (ei-luotettu) välille => DMZ-verkkoja kutsutaan myös
usein suoja-alueverkoiksi (perimeter networks).
• Kun suojellaan LAN-verkkoa ulkopuolisilta hyökkäyksiltä,
WLAN-verkkoa kannattaa pitää erillisenä verkkona, joka
toimii WDMZ:n (Wireless DMZ) roolissa
438
• Jotta WLAN-verkko pystyy olemaan hyvä WDMZ, sen
täytyy tarjota vahva turvallisuus verkon langallisen osan ja
muun maailman välille => Helpoin tapa aloittaa WDMZ:n
rakentaminen on yhdistää kaikki AP:t yhteen ja sen jälkeen
sijoittaa NAS-palvelin (Network Access Server) WDMZ:n ja
LAN-verkon väliin (katso seuraavan kalvon kuva).
• Jokaisella WDMZ:lla tulisi olla oma DHCP-palvelin
myöntämässä yhdistyville käyttäjille IP-osoitteita
• Jos WLAN-työasemia on todella paljon, voidaan muodostaa
tarvittaessa useita WDMZ-verkkoja
• Jos ajatellaan arkaluontoista dataa suuren sipulin
keskipisteeksi, WLAN-verkon rooli WDMZ:na tulisi olla se,
että rakennetaan useita turvallisuuskerroksia (siis useita
sipulikerroksia) kauttaaltaan datan ympärille! => WLANverkkojen tapauksessa WPA2 tarjoaa yhden näistä
kerroksista.
439
WPA:n/WPA2:n heikkoudet
NAS
AP
Autentikoija
DHCP
AP
Palomuuri
Tiedostopalvelin
WDMZ
Reititin
Tulostin
Internet
LAN
• WPA:n/WPA2:den huonona puolena pidetään sitä, että se on
altis DoS-hyökkäyksille (Denial-of-Service attack)
• Haavoittuvuus johtuu WPA/WPA2:n tavasta selvitä
hyökkäyksistä => WPA/WPA2 sulkee koko verkon
minuutiksi havaittuaan hyökkäyksen, joten tämän minuutin
ajan myös verkon lailliset käyttäjät ovat ilman verkkoa ja
palveluita => Tämä WPA/WPA2:n DoS-alttius on
suhteellisen vakava asia, sillä hyökkäyksen toteuttamiseen ei
vaadita kuin muutaman paketin lähettäminen parin minuutin
välein => Tämä tekee myös hyökkäyksen jäljittämisen
hyvin vaikeaksi!
• Toki kaikkien langattomien verkkojen tapauksessa häirintä
ja DoS-hyökkäykset ovat aina mahdollisia ja niitä on
yleisesti ottaen hyvin hankala estää.
Sovelluspalvelin
Lähde: Wi-Fi Alliance, Wi-Fi Protected Access 2, http://www.wi-fi.org
440
Aiheeseen liittyviä opetusvideoita
•
Alla muutama aiheeseen liittyvä opetusvideo:
– IEEE 802.11ac: Learn the Fundamentals of the New WLAN Standard
(https://www.youtube.com/watch?v=oKG6PhzxqsE)
– Wireless AC vs Wireless N (802.11ac vs 802.11n)
(https://www.youtube.com/watch?v=7Xy31O1Twkc)
– Fundamentals of 802.11ac Wave 2
(https://www.youtube.com/watch?v=kjapSG_CvJc)
– How to Hack WEP Secured Networks with Aircrack -ng - Tutorial
(https://www.youtube.com/watch?v=WqQDqvqCYqU)
– HAcking WEP (https://www.youtube.com/watch?v=ZoyWndolD6k)
– How To Hack Into A WEP Encrypted Wi-Fi Network Using Windows
(https://www.youtube.com/watch?v=P3P_s4isn2A)
– Cracking Wi-Fi WPA-PSK Networks
(http://www.youtube.com/watch?v=nps0zPB78fk&feature=PlayList&p=3ACB24
338585762A&playnext=1&playnext_from=PL&index=21)
– Hacking WPA / WPA2 in Backtrack 5 R3
(https://www.youtube.com/watch?v=zAh0yQdLXDc)
– How to crack WPA and WPA2 Wireless Networks
(https://www.youtube.com/watch?v=LIIjitxblhQ)
– How To Hack - WPA/WPA2 encrypted Wifi Network – Windows
(https://www.youtube.com/watch?v=TAbS_-uqhJQ)
– Cracking WIFI Wpa-Wpa2 (2015) Wifislax 4.10 E13
(https://www.youtube.com/watch?v=NIkTY6d8ff4)